Способ определения относительных знаков констант сверхтонкой структуры @ и начального расщепления @ парамагнитных центров Советский патент 1987 года по МПК G01N24/10 

Изобретение относится к области анализа материалов с помощью электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано в научных исследованиях при детальном изучении природы парамагнитных центров (ПЦ) в диамагнитных кристаллах, Являясь дефектами в твердом теле, ПЦ обуславливают многие физические свойства кристаллов, используемых в устройствах физической электроники в частности в квантовых парамагнитных усилителях и генераторах.

Цель изобретения - расширение диапазона исследуемых материалов, и по- вьшение достоверности определения.

На фиг. изображена зависимость уровней энергии от величины магнитного поля для ПЦ, имеющего S 5/2, I 5/2, Ь° О и при направ лении магнитного поля Н, параллельного оси симметрии ПЦ (Ы Ц С),где S - электронный спин ПЦ, I - ядер- ньй спин, А - константа сверхтонкой структуры (СТС, Ь - константа начального расщепления; на фиг.2 - аналогичная зависимость для ПЦ 5/2, I 5/2, Ь 0, А О и НЦ С; на фиг.З - частотная зависимость резонансных положений и относительных интенсивностей (значения цифрами приведены на кривых компонент сверхтонкой структуры для перехода между энергетическими уровнями Мп в германате свинца при Н |/ С, .

Способ определения относительньпс знаков констант fCTC) А и начального

л о V

расщепления Ь заключается в след тощем.

I

Образец содержащий парамагнитные центры, помещают в высокочастотное магнитное поле и перпендикулярное ему постоянное магнитное поле, парал лельное оси симметрии ПЦ. Устанав- ливают .также частоту переменного пол и величину постоянного поля, чтобы наблюдать ЭПР--переход в районе, где один из уровней, между которыми происходит переход, пересекается с третьим уровнем, отличающимся на |йМ| 2 при I 1/2 или на / йМ/ 1 при любом I, поскольку только в таких местах положение уровней энергии качественно зависит от относи- тельных знаков А и Ь. Измеряют резонансные положения Н

рез

и относительные интенсивности крайних СТС-ком- понент в диапазоне частот .±А1, так

как только частотная зависимость я достаточном диапазоне позволяет обнаружить характерное поведение уровней энергии, Наносят на график частотную зависи1 1ость интенсивностей и Н-,,и по ней определяют относительн

л 1.°

знаки А и Ъ , используя условие: ее.ч

ЛИ нижняя (верхняя СТС-компонента между расходящимися уровнями или верхняя (нижняя) СТС-компонента между сходящимися уровнями имеет линейную частотную зависимость и неизменную интенсивность, а другая СТС-компонента зависит от частоты нелинейно, уменьшаясь по интенсивности вплоть до исчезновения., то

О/

А и Ь одного знака (А и Ъ° разного знака).

При этом, когда наб.гаодают ЭПР- переход в районе пересечения уровней, Отличающихся на/ДМ/ 2 при I 1, регистрируют зависимость резонансных положений и относительных интенсивностей двух верхних и двух нижних СТС-компонент, что позволяет уменьшить диапазон исследуемых частот, О знаках констант судят по аналогичной зависимости для указанных компонент (фиг,1 и 2).

П р -и м е р . Предлагаемый спосо был использован для определения относительных знаков констант СТС и нчального расщепления иона в кристалле PbjGe,jO|,, который имеет следующие параметры спинового гамильтониана: g 2,00, bj - 8670 МГц, /А/ 245 МГц.

Измерения проведены на спектрометре РЭ1301 при температуре на образцах, выращенных методом Чох ральского с примесью Мп205 0,02 молного %. Резонансные магнитные поля ( измеряли с помощью измерителя магнитной индукции Ш1-I,. частоту микроволнового генератора определял по Hpg3 сигнала ЭПР ДФПГ, Относительные интенсивности измеряли на экране осциллографа и нормировали п сигналу ДФПГ.

I

Образец помещали в СВЧ-резонатор

находящийся между полюс ами магнита, устанавливали частоту клистрона, равную 9,5 ГГц, что приблизительно на А 3 больше, чем частота перехода 3/2 (в районе пересечения уровней - 1/2 и 3/2 ) для иона с нулевым ядерным спином. Изменяя магнитное поле, наблюдали резонанс

3

ные положения и относительные инт сивности сверхтонких компонент пхода 1/2-« 3/2. Таким образом, с шагом 0,1 - 0,02 ГГц, была зарегирирована частотная зависимость в апазоне (9,5-8,9) ГГц приведенная фиг.3, На фиг.3 хорошо видно, что положение верхней по полю СТС-ком поненты с частотой меняется линейно, а интенсивность не зависит от частоты, тогда как положение нижней СТС-компоненты с частотой менется нелинейно, а интенсивность уменьшается при уменьшении частот Поскольку переход 3/2 происходит между сходящимися уровнями, то используя приведенное условие, приходим к выводу, что знаки А и Ь одинаковы. Следовательно, зн А, как и знак Ь, отрицательный. Для определения относительных

Ьо МОЖНО было воспользоваться поведением двух верхних и двух нижних СТС-компонент, за сче этого несколько уменьшив диапазон исследуемых частот (фиг.З).

Формула изобретения

1.Способ определения относительных знаков констант сверхтонкой структуры (СТС) А и начального рас- щепления Ь° парамагнитных центров, находящихся в узлах кристалла с осевой симметрией, заключающийся в помещении образца, содержащего парамагнитные центры, в высокочастотное магнитное поле и перпендикулярное ему постоянное магнитное поле, параллельное оси симметрии,наблюдении :СТС-компонент электронного перехода с помощью метода электронного парамагнитного резонанса при изменении величины постоянного поля или частоты переменного поля, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых материалов и повьш1ения достоверности определения, наблюдают СТС-компоненты в области значений магнитного поля и частот переменного поля, определяемых по заранее известной абсолютной величине Ь,, , в которой один из электронных уровней энергии, между которыми происходит переход, имеет

O

5

0

5

пересечение с третьим уровнем, от- личаюР1имся на /ЛМ/ 2 при 1 1/2 , или на /дМ/ 1 при I f О ,(М - проекция электронного спина, 3 - ядерный спин , многократно регистриг- руют СТС-компоненты в диапазоне изменения частоты переменного поля ±А I, измеряя на каждой частоте резонансные положения и относительные интенсивности верхней и нижней по магнитному полю СТС-компонент и по виду зависимости резонансных положений и относительных интенсивностей от ча:стоты переменного магнитного поля судят о соотношении знаков констант, используя условие: если нижняя ( верхняя) СТС-компонента между расходящимися уровнями или верхняя fнижняя ) СТС-компонента между сходяп1имися уровнями имеет линейную частотную зависимость и неизменную интенсивность, а другая СТС-компонента зависит от частоты нелинейно, уменьшаясь по интенсивности вплоть до исчезновения, то константы А и ка).

А и Ь° одного знака (разного зна

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что наблюдения СТС- компонент осуи5ествляют в области магнитных полей и частот переменного поля, в которой один из уровней, между которыми происходит переход, имеет пересечение с третьим уровнем, отличающимся на /ДМ/ 2 при I 1, дополнительно измеряют на каждой частоте резонансные положения и относительные интенсивности еще одной верхней и одной нижней СТС-компонент и по виду частотной зависимости всех измеренных компонент судят - о соотношении знаков констант, используя условие: если две нижние (верхние) СТС-компоненты между расходящимися уровнями или две верхние (нижние) СТС-компоненты между сходящимися уровнями имеют линейную yiac- тотную зависимость и неизменную интенсивность, а другие две СТС-компоненты зависят от частоты нелинейно, уменьшаясь по.интенсивности, вплоть до исчезновения, то константы А и Ъ° одного знака (разного знака).

т м -З/АЗ/2

// J/2

512

19

18

2.а

19

ft

i,8 3,0 з,г

0u.i

Н,К9

3.1

i,9

Редактор А.Ревин

Составитель В.Майортаин

Техред З.Кадар Корректор, М.Демчик

Заказ 378/47 Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная,4

9.0S,2

gjut.s

У,« ГГц

Способ относится к области анализа материалов с помощью электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использован в научных исследованиях, а результаты - при конструировании устройств физической электроники, использукщих, кристаллы с парамагнитными центрами Целью изобретения является расширение области исследуемых материалов за счет кристаллов, в которых в имеющемся диапазоне полей и частот наблюдается один ЭПР-переход, и увеличение достоверности определения относительных знаков в случае, когда средние сверхтонкие интервалы разных ЭПР-переходов отличаются на величину порядка погрешности зкспе- ;римента.ЭПР-переход наблюдают в области пересечения уровней энергии, отличающихся по проекции электронного спина на 1 или 2, регистрируют частотную зависимость резонансных положений и относительных интенсив- ностей верхних и нижних по магнитному полю сверхтонких компонент. Относительные знаки констант определяют по виду частотной зависимости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л с со 00 СП со